生草对桃园土壤及桃果实品质的影响

胡 枫，杨熠路，倪照君，田传正，卢炫羽，高志红

(南京农业大学园艺学院，江苏 南京 210095)

清耕是我国果园的传统栽培方式，其操作简单也较容易为农民所接受。但近年来的研究发现，长期采用清耕管理的果园存在有机质缺乏[1]、生物多样性减少[2]、系统抗逆性减弱等一系列次生问题[3-4]，这些问题的出现不利于果园的可持续发展。果园生草是在裸露的土地上进行生草栽培，可采用1年生草种和多年生草种，不使土壤暴露的一种土壤管理方法[5-6]，这种生草栽培的方式能够逐渐改变果园环境[7-9]，从而克服清耕所带来的弊端[10-13]。然而与发达国家相比，国内关于生草栽培对果园的影响研究起步较慢[14]，最开始是在山东开始探索性试验[15]。果园生草栽培不仅可以为农业生产者节省氮肥的使用，同时还缓解N2O的排放[16]；而且还具有一定生态价值，有助于改善土壤和土壤微生物群落的结构与数量，减少外力侵蚀[17]；果树在与草争水争肥的过程中，可以促进根系向土壤深处生长以期获得更多的水分和营养物质，减少表层土壤沉降现象和改善生物活性[18]。除此以外，生草可发挥保持水土、调控地温、加速有机质分解、提高土壤中各类酶的活性等作用[19]。因此，果园采取行间生草的技术有利于从多个方面改良生产效率，实现果树产业可持续发展的管理模式[20-22]。

桃树是江苏省重要的果树树种，目前，桃树种植面积约4.67万hm2，生草栽培相关研究基础还比较薄弱。本试验通过研究不同生草栽培模式对桃园土壤和果实品质影响,从而为推广科学的生草栽培提供依据和指导。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在江苏省南京市溧水区南京农业大学白马教学园中的桃园进行，试验地为典型的亚热带季风气候，夏季高温多雨，冬季温和干燥，年降水量约为1 200 mm，试验桃树品种为油桃(树龄4 a)，南北行向种植。

1.2 试验设计

采取随机区组设计，设清耕为对照组(CK)，种植黑麦草(LoliumperenneL.)、紫花苜蓿(MedicagosativaL.)为试验组，共3个处理，每处理重复3次，每重复设桃树1行9株。于2019年3月10日按50 kg/hm2的播种量均匀撒播于桃树行间，播种深度约为1—2.5 cm，桃树左右各留空50 cm。同时播种，每处理之间留有保护行，不另外施肥。所有桃树皆采用树盘覆盖，其他田间管理措施同一般果园，每周清理1次杂草以保证各组处理效果。各小区面积约为125 m2(25 m×5 m)，株行距为0.6 m×2 m，试验地总面积约为1 200 m2，采取相同的田间管理。

1.3 样品采集

1.3.1 果样采集 2019年6月下旬，每处理选取长势相近的桃树3株，从标记树的树冠东、南、西、北4个方位随机采摘果实6个,每处理共9个果实。

1.3.2 土样采集 2019年9月下旬采用5点取样法，分别在每株桃树根旁(距离0 cm)用土钻采集深度范围在0—20和20—40 cm的土样；用无菌塑料袋装好，迅速带回实验室。

1.4 测定指标与方法

1.4.1 果实品质测定指标与方法 采用紫外分光法[23]测定果实VC含量，采用蒽酮比色法[23]测定果实可溶性糖含量，采用酸碱滴定法[24]测定果实可滴定酸含量，使用Pocket PAL-1手持糖度计[25]测定果实可溶性固形物。将采摘后的果实带回实验室，其单果重用百分之一天平测量，果形指数用MNT-150T游标卡尺测量，果实硬度用GY-4硬度计测量。

1.4.2 土壤性质测定指标与方法 土壤全磷、全钾以及其他微量元素含量使用电感耦合等离子体光谱仪(ICP)测定；有机质测定采用重铬酸钾经典油浴法测定，土样的全氮含量采用凯氏定氮法测定，以上测定方法均参照土壤农化分析书籍[26]。pH采用电位法测定。测定3次，取平均值。蔗糖酶活性使用Solarbio土壤蔗糖酶(S-SC)活性检测试剂盒测定，脲酶活性使用Solarbio脲酶(S-UE)活性检测试剂盒测定，过氧化氢酶活性使用Solarbio过氧化氢(H2O2)含量检测试剂盒测定，酸性磷酸酶使用Solarbio土壤酸性磷酸酶(S-ACP)活性检测试剂盒测定。测定3次，取平均值。

1.5 数据分析

使用Excel 2007对试验所得数据进行整理；使用SPSS软件对整理后的数据进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 生草处理对土壤有机质的影响

不同的生草处理对土壤有机质产生了不同程度的影响(见表1)。从总体上来看，各生草处理的土壤有机质均随着土壤土层加深而降低，在0—20，20—40 cm的土层中，行间种植紫花苜蓿和黑麦草，有机质含量与清耕对照之间均有显著差异。在0—20 cm的土层中，各处理土壤有机质含量显著高于清耕。与清耕对照相比，种植紫花苜蓿和黑麦草,土壤有机质含量分别提升了11%和10%，以紫花苜蓿处理的有机质含量最高(12.43 g/kg)；在20—40 cm土层中，各处理土壤有机质含量显著高于清耕。与清耕对照相比，紫花苜蓿和黑麦草土壤有机质含量分别提升了31%和40%，以种植黑麦草处理的有机质含量最高(7.56 g/kg)。可见生草处理相对于清耕来说可显著提高土层有机质含量。以上结果说明，行间生草相较于清耕来说，均能有效地提高土壤有机质的含量，其中0—20 cm的土层含量种植紫花苜蓿提升效果最好；20—40 cm的土层含量黑麦草的提升效果最好。

表1 生草对土壤有机质含量的影响 g/kg

2.2 桃园生草处理对土壤全氮、全磷、全钾及pH的影响

种植紫花苜蓿和黑麦草，在0—20 cm土层和20—40 cm土层，全氮含量相比于清耕对照，均有所下降；而全磷和全钾含量相比于清耕对照，均有所上升。0—20 cm土层的全磷和全钾均高于20—40 cm的土层。可见，行间种植紫花苜蓿或黑麦草，相较于清耕来说，可以显著增加土壤中的养分含量(见表2)。

表2 生草对土壤氮、磷、钾含量及pH的影响

与清耕对照相比，紫花苜蓿或黑麦草种植，可以致使0—20 cm土层的全氮含量分别降低19%或22%，以黑麦草处理的全氮含量降低最为明显，为0.78 g/kg；可使土壤全磷含量上升16%或40%，以黑麦草处理的全磷含量最高，为1.13 g/kg；可使土壤的全钾含量上升9%或18%，以黑麦草处理的全钾含量最高，为17.31 g/kg；可以致使20—40 cm土层的全氮含量分别降低14%和21%，以黑麦草处理的全氮含量降低最为明显，为0.69 g/kg；全磷含量上升了7%和10%，以黑麦草处理的全磷含量最高，为0.96 g/kg；全钾含量上升了8%(P<0.05)和12%，以黑麦草处理的全钾含量最高，为18.24 g/kg；与清耕对照相比，种植紫花苜蓿的土壤pH值未见显著性差异，种植黑麦草的土壤pH值提高了13%(P<0.05)，呈显著性差异。

由此可推断这些生草模式无法为土壤增加氮素，甚至草种的生长可能消耗了一部分氮素，但却可以提高土壤磷素与钾素。以上结果说明：行间生草能有效提高全磷、全钾含量，但全氮含量有所下降。

2.3 生草处理对土壤酶活性的影响

由表3可知，由于酶的种类及土壤深度的不同，紫花苜蓿和黑麦草处理后的根际土的酶活性均显著高于清耕对照。

0—20 cm土层中，不同生草模式下的土壤过氧化氢酶活性的大小处理顺序为黑麦草>紫花苜蓿>清耕。相比于清耕对照，种植紫花苜蓿和黑麦草，土壤过氧化氢酶活性分别提高了120%和196%；生草处理可提高20—40 cm土层土壤过氧化氢酶活性7%和16%，增加最显著的为黑麦草，为1.56 mL/(g·d)。0—20 cm土层中，种植紫花苜蓿和黑麦草，土壤蔗糖酶活性比清耕分别提高了2.89和3.94倍，种植黑麦草增强效果最为显著，为22.23 mg/(g·d)；20—40 cm的土层，相较于清耕，种植紫花苜蓿和黑麦草，土壤蔗糖酶活性提高了6%和11%，黑麦草种植土壤的蔗糖酶活性最为显著，为19.5 mg/(g·d)。0—20 cm土层中，与清耕对照相比，种植紫花苜蓿和黑麦草，土壤脲酶活性分别提高了1.55倍和1.95倍，提高最为显著的是种植黑麦草，为2.24 mg/(g·d)；20—40 cm土层脲酶活性，相较于清耕，种植紫花苜蓿和黑麦草均显著性下降，分别下降了25%和35%，降低效果最为显著的是种植黑麦草，为0.41 mg/(g·d)。0—20 cm的土层酸性磷酸酶活性比清耕分别提高了3.26，3.61倍，说明种植黑麦草可使土壤酸性磷酸酶活性增强；20—40 cm的土层土壤酸性磷酸酶活性相较于清耕，分别提高了32%和62%，效果最佳为种植黑麦草，为0.6 mg/g。综合而言，不同土层中4种土壤酶活性均有所增加。

表3 生草对酶活性的影响

2.4 生草处理后土壤微量元素的含量

由表4可知，在0—20 cm的土层中，不同生草处理方式对桃园微量元素的影响不同，与清耕对照相比，紫花苜蓿处理和黑麦草处理中土壤Mn、Cu、Zn含量均增加。对土壤Mn元素来说，行间种植紫花苜蓿、行间种植黑麦草相较于清耕均有不同程度的提高，分别提高了30.24%,33.02%，差异达到显著水平，行间种植黑麦草效果最为显著；对土壤Cu元素来说，行间种植紫花苜蓿、行间种植黑麦草相较于清耕均有不同程度的提高，分别提高了9.79%,8.39%，差异达到显著水平。对土壤Zn元素来说，行间种植紫花苜蓿、行间种植黑麦草相较于清耕均有不同程度的提高，分别提高了16.30%,18.48%，差异达到显著水平。在20—40 cm的土层中，行间种植黑麦草,Mn的微量元素提高最为显著,为6.01 mg/kg，较清耕增加了33%；行间种植黑麦草Cu微量元素的提高最为显著,为0.29 mg/kg，较清耕增加了29%；行间种植紫花苜蓿Zn微量元素提高最为显著，较清耕增加了21%。结果表明，生草处理在不同的土层中微量元素均有所增加。

表4 生草对土壤微量元素的影响 mg/kg

2.5 生草处理对果实品质的影响

2.5.1 不同生草处理对果实单果质量、硬度和果形指数的影响 各处理统计的单果质量、硬度和果形指数如表5所示，其中果形指数与生草处理并没有直接关系，果形指数更多的与相关基因表达有关，生草处理并不会对其造成明显影响。

由表5可知，不同生草模式下的桃单果质量从大到小排序为紫花苜蓿(202.66 g)>黑麦草(202.00 g)>清耕(186.33 g)。从试验结果来看，生草处理对于果实质量增加具有极佳的效果，不同处理质量增加的幅度无较大差异，行间种植紫花苜蓿和行间种植黑麦草相对于清耕处理增幅为8%，差异达到显著水平；果实硬度与果实的耐贮性有较大的关系，较高硬度的果实往往成熟度偏低，酸度偏大。低硬度果实在冷库的贮藏、出库的运输中可能会造成机械损失，只有硬度适宜的果实对于果实贮藏运输才有较高的性价比。不同的生草处理与果实硬度之间不存在相关性，各处理中果实硬度最大组是种植黑麦草处理，硬度值为2.31 lb，清耕(CK)处理的硬度为2.27 lb，生草处理的硬度与清耕对照相比差异并不明显，因此生草处理可能对果实硬度产生一定的影响，但不显著。

表5 生草对单果重、果实硬度、果形指数的影响

2.5.2 不同生草处理对果实可溶性固形物、VC、可溶性糖和可滴定酸的影响 果实的营养品质往往决定着果品的口碑，如表6所示，生草模式对这4个指标都有显著的影响，生草模式对果实的营养指标发挥着作用。行间种植紫花苜蓿和黑麦草的可溶性固形物含量与清耕相比，均有上升趋势，显著高于清耕。与清耕对照相比，行间种植紫花苜蓿与黑麦草处理分别提升了32%和16%，行间种植紫花苜蓿处理的可溶性固形物含量最高为20%；行间种植紫花苜蓿和黑麦草的VC含量与清耕相比，均有上升趋势。与清耕对照相比，行间种植紫花苜蓿和黑麦草分别提升了46%和51%，以行间种植黑麦草处理的VC含量最高,为6.07 mg/100 g；行间种植紫花苜蓿和黑麦草的可溶性糖含量与清耕处理相比较，均有上升趋势。与清耕对照相比，行间种植紫花苜蓿和黑麦草处理分别提升18.5%和11.15%，以紫花苜蓿处理的可溶性糖含量最高，达到9.03%；行间种植紫花苜蓿和黑麦草的可滴定酸含量与清耕处理相比较，各处理均有上升趋势；与清耕对照相比，行间种植紫花苜蓿和黑麦草处理分别提升了29%和37%，以黑麦草处理的可滴定酸含量最高，达到0.33%。结果表明，紫花苜蓿和黑麦草对于桃园果实品质的提升均有显著效果。其中行间种植紫花苜蓿对可溶性糖 、可溶性固形物提升效果最好；黑麦草对可滴定酸、Vc含量提升效果最好。

表6 不同生草处理对果实品质的影响

3 讨论

土壤变化是个长期缓慢过程[27]。生产上主要受草与果树争水、争肥的传统观念影响[28]，生产上对生草接受度还处在一个较低的状态。因此，需要用科学的技术手段来探讨生草对果园土壤的影响。桃园生草可以有效减少水分蒸发[29]。秦文利[30]发现不同的生草管理方式改变了土壤养分含量。良好的土壤栽培制度有利于土壤肥力的不断提高。生草有利于改善土壤的理化性质[31]、提高土壤酶活性[32]，从而使得各种营养物质加速转化[33]。短期生草覆盖对土壤具有改良作用[34]，本试验结果表明，生草提高了土壤有机质，这与大多数研究相一致，主要原因可能是紫花苜蓿和黑麦草生长迅速，随着时间的推移，生草对土壤的穿插能力增强，使得土壤孔隙度发生变化，加大了与外界气体的交换，这或许可以促进果园桃树根系往土壤更深处生长，获得更加健壮的根系。我国绝大多数桃园土壤有机质都比较贫瘠，可通过生草处理将有机质增加至理想的水平，将成为有机肥的有益补充。但是本试验中，生草处理对提高土壤氮素含量的效果并不理想，与前人的研究不一致，行间种植紫花苜蓿和行间种植黑麦草均显著提高了土壤有机质含量，其全氮含量却仅仅只有清耕的81%和78%，这说明行间生草之后会活化氮元素，增加桃树对氮元素的吸收，可能会消耗一部分土壤氮素，尤其是草营养生长旺盛时期，可能会出现桃树与草争肥争水，可通过后期追肥进行缓解；另一方面，这也说明生草处理使土壤碳氮比有所提高。本试验中生草处理相比于清耕对照,土壤磷、钾均有明显的提高，这一方面是因为果园生草处理，可以阻止磷、钾元素向深层土壤淋失的过程[35]；另一方面因为果园生草刈割之后，产生了大量的枝叶和根系，这些有机物添加到土壤中，为土壤中的微生物提供了大量的可供降解的有机碳源，保证了土壤有机质的增加[36]；除此之外，也可能和草种特性、草的长势有关。生草后，有机物质被土壤中的微生物分解，在一定程度上增强了土壤基础肥力。

结合生草条件下土壤酶活性的试验结果来看，在0—20 cm的土层中，生草条件下土壤4种酶的活性均显著高于清耕对照，其中以黑麦草效果最佳，分别提高了1.96，3.94，1.95，3.61倍，行间种植紫花苜蓿稍逊之，但效果同样不俗。由于土壤在进行生草覆盖之后可以抑制水分流失，调节土壤结构，而且黑麦草和紫花苜蓿本身为有机物质，在经过一些外力的影响下比如风吹雨打和微生物腐解后慢慢渗漏到深层的土壤中去，形成一个有益的循环；在覆盖草之后，草的根系增大了对土壤的穿插，出现土质的孔隙度提高的现象，开始变得疏松、增大了与外界交换气体的空间，在对土壤的逐渐改良中，土壤中的细菌多为那些喜欢高温、高湿的细菌和真菌，这些微生物可以向土壤中分泌更多的酶[37]。土壤酶在很大程度上来源于土壤微生物，一方面，生草下土壤长期处于适宜的温度和湿度中，土表温度条件和通气状况良好，有利于土壤酶类的作用，从而加速营养转化。生草刈割后，少量枯枝落叶和腐殖质可以转化为土壤养分，导致微生物生长旺盛、代谢活跃，土壤酶活性得到提高[38]；土壤酶类还来源于植物和土壤动物。另一方面，植物根系对土壤酶活性具有影响。生草后的草根能分泌胞外酶，刺激着土壤微生物的生长。Skujins[39]的研究表明，根际土壤比非根际土壤，更能增加诸如磷酸酶、蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶等的活性。土壤酶也可能来源于土壤动物，已有报道表明，脲酶活性来源于蚯蚓的排泄物[40]，而生草后蚯蚓的生物量有所增大。土壤酶活性提高有助于提高桃树抗逆性，增强对土壤养分的吸收与利用。本试验结果表明，4种酶活性随着土层深度的增加而逐渐降低，这可能是因为表层土壤中的有机质含量、物理结构、水分及养分状况大于深层土壤，所以酶代谢活力相较于表层土壤会减弱，微生物分泌、分解有机质和腐殖质影响了酶活性，因此深层土壤中土壤酶活性较低。生草会影响果实的内在品质和外在品质，多数研究结果认为：生草对单果重并无显著影响。本试验结果表明，生草处理可以在一定程度提高果实Vc含量和可溶性糖含量，但对果实可滴定酸含量无明显影响。生草对果实的硬度、果形指数、可溶性固形物也无明显影响，这一结果和前人不一致，可能是由于果实品质的好坏受到诸多因素的综合作用，不同的立地条件、气候管理、管理方式等都对结果造成影响，关于具体的原因与相应的对策还需进一步研究。

在土层0—20，20—40 cm土壤中的微量元素上升最为直接的因素是生草之后增加的有机质含量有助于提高土壤微量元素[41]，土壤的根际微生态环境会在微生物的参与中增加抗逆性，提高了土壤矿质营养向植物容易吸收利用的形态转化效率[42]。有助于土壤矿质营养赋存形态的转化[43]。生草处理之后在0—20 cm土层中的有机质增加幅度均低于20—40 cm土层中的有机质，其中黑麦草相差较大，推测是深层土壤中的有机质比较贫瘠，在生草模式下提高显著。

pH的变化会影响土壤养分的含量。pH一方面可以起保持水和养分的作用，另一方面H+能与周围环境中的其他离子互相代换，从而提高土壤的抗逆性，逐渐降低土壤中盐分的含量[44]，在绝大多数的生草研究当中pH值都是下降的趋势。但在Chen等的研究中，果园覆盖能够提高南方酸性土壤的pH值[45]，本文的研究中黑麦草出现了上升的趋势，与陈凯研究一致。因此，对我国大部分桃园来说，可因地制宜采取生草覆盖的措施，同时还应根据树势及产量水平配合施用足量的有机肥，坚持多年实施这种栽培技术，可改善土壤条件。

4 结论

与清耕相比，行间种植黑麦草和紫花苜蓿对果实的内在品质和外在品质均有有一定程度的提高，其中黑麦草使20—40 cm土层的土壤有机质含量提高了40%，效果最为显著。

紫花苜蓿和黑麦草对土壤的影响虽有一定差别，但生草对桃园土壤和果实品质的改善都具有正向的效应。综上所述，行间种植紫花苜蓿和黑麦草是南京地区桃园种植可选择的草种，对提高土壤质地和果实品质有较好的效果。